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Nanosonda

El nanosondeo es un método para extraer parámetros eléctricos de dispositivos mediante el uso de alambres de tungsteno a escala nanométrica, que se utilizan principalmente en la industria de semiconductores. La caracterización de dispositivos individuales es fundamental para los ingenieros y diseñadores de circuitos integrados durante el desarrollo inicial del producto y la depuración. Se utiliza comúnmente en laboratorios de análisis de fallas de dispositivos para ayudar con la mejora del rendimiento, la calidad y los problemas de confiabilidad y las devoluciones de los clientes. Los sistemas de nanosondeo disponibles comercialmente se integran en un microscopio electrónico de barrido (SEM) basado en vacío o en un microscopio de fuerza atómica (AFM). Los sistemas de nanosondeo que se basan en la tecnología AFM se conocen como nanosondeos de fuerza atómica (AFP).

Principios y funcionamiento

Las nanoprobadoras basadas en AFM permiten escanear hasta ocho puntas de sonda para generar imágenes de topografía AFM de alta resolución, así como imágenes de AFM conductivo, capacitancia de escaneo y microscopía de fuerza electrostática. El AFM conductivo proporciona una resolución de picoamperios para identificar y localizar fallas eléctricas como cortocircuitos, circuitos abiertos, contactos resistivos y rutas de fuga, lo que permite un posicionamiento preciso de la sonda para mediciones de corriente y voltaje. [1] Las nanoprobadoras basadas en AFM permiten la localización de defectos de dispositivos a escala nanométrica y la caracterización precisa de dispositivos transistorizados sin el daño físico y el sesgo eléctrico inducidos por la exposición a haces de electrones de alta energía.

Una imagen de bajo aumento de ocho nanosondas flotando sobre un dispositivo que se va a probar.
Una imagen de gran aumento de nanosondas de tungsteno aterrizó en un dispositivo SRAM .

En el caso de las nanoprobetas basadas en SEM, la resolución ultraalta de los microscopios que albergan el sistema de nanoprobeta permite al operador navegar por las puntas de la sonda con un movimiento preciso, lo que permite al usuario ver exactamente dónde se colocarán las puntas, en tiempo real. Las agujas de nanoprobeta existentes o "puntas de sonda" tienen un radio de punto final típico que varía de 5 a 35 nm. [2] Las puntas finas permiten el acceso a los nodos de contacto individuales de los transistores de CI modernos. La navegación de las puntas de la sonda en las nanoprobetas basadas en SEM se controla normalmente mediante manipuladores piezoeléctricos de precisión . Los sistemas típicos tienen entre 2 y 8 manipuladores de sonda con herramientas de alta gama que tienen una resolución de colocación mejor que 5 nm en los ejes X, Y y Z y una plataforma de muestra de alta precisión para la navegación de la muestra en prueba.

Aplicaciones y capacidades de los dispositivos semiconductores

Ejemplo de mediciones de Id-Vd de un transistor NMOS. Los gráficos también se conocen como "Familia de curvas". Se pueden extraer parámetros importantes, como la corriente de saturación (Idsat) y la corriente de fuga (Ioff).
Ejemplo de mediciones de Id-Vg de un transistor NMOS. Los gráficos también se conocen como "curvas Vt", ya que se utilizan a menudo para extraer el voltaje umbral (Vt), que define una aproximación de cuándo un transistor está "encendido" y permite que la corriente fluya a través del canal.

Las técnicas de nanoprobing más comunes incluyen, entre otras:

Desafíos

Problemas comunes que surgen:

Referencias

  1. ^ Kane, Terence; Tenney, Michael P. "Localización de fallas en matrices SRAM SOI de 32 nm mediante espectroscopia de capacitancia-voltaje (NCVS) con nanosonda". dl.asminternational.org . doi :10.31399/asm.cp.istfa2009p0073 . Consultado el 23 de abril de 2023 .
  2. ^ Toh, SL; Tan, PK; Goh, YW; Hendarto, E.; Cai, JL; Tan, H.; Wang, QF; Deng, Q.; Lam, J.; Hsia, LC; Mai, ZH (2008). "Análisis eléctrico en profundidad para revelar los mecanismos de falla con nanosondeo". Transacciones IEEE sobre confiabilidad de dispositivos y materiales . 8 (2): 387. doi :10.1109/TDMR.2008.920300. S2CID  24235354.
  3. ^ Fukui, M.; Nara, Y.; Fuse, J. (2012). "Evaluación de la variabilidad de las características de los transistores LSI reales con nanoprobing". 2012 IEEE 21st Asian Test Symposium . p. 4. doi :10.1109/ATS.2012.80. ISBN 978-1-4673-4555-2. Número de identificación del sujeto  23388036.
  4. ^ Toh, SL; Mai, ZH; Tan, PK; Hendarto, E.; Tan, H.; Wang, QF; Cai, JL; Deng, Q.; Ng, TH; Goh, YW; Lam, J.; Hsia, LC (2007). "Uso de nanosondeo como herramienta de diagnóstico para dispositivos a escala nanométrica". 2007 14.º Simposio internacional sobre análisis físico y de fallos de circuitos integrados . pág. 53. doi :10.1109/IPFA.2007.4378057. ISBN . 978-1-4244-1014-9.S2CID15046150  .​
  5. ^ Hendarto, E.; Lin, HB; Toh, SL; Tan, PK; Goh, YW; Mai, ZH; Lam, J. (2008). "Investigación del problema de fallas suaves en dispositivos subnanométricos utilizando la técnica de nanoprobing". 2008 15.° Simposio internacional sobre análisis físico y de fallas de circuitos integrados . p. 1. doi :10.1109/IPFA.2008.4588174. ISBN . 978-1-4244-2039-1. Número de identificación del sujeto  15534732.
  6. ^ Lin, HS; Chang, WT; Chen, CL; Huang, TH; Chiang, V.; Chen, CM (2006). "Un estudio del comportamiento asimétrico en dispositivos nano SRAM avanzados". 13.º Simposio internacional sobre análisis físico y de fallos de circuitos integrados . pág. 63. doi :10.1109/IPFA.2006.250998. ISBN 1-4244-0205-0. Número de identificación del sujeto  15417689.
  7. ^ Dickson, K.; Lange, G.; Erington, K.; Ybarra, J. (2011). "Corriente absorbida por haz de electrones como medio para localizar defectos de metal en tecnología SOI de 45 nm". 18.º Simposio internacional IEEE sobre análisis físico y de fallas de circuitos integrados (IPFA) . pág. 1. doi :10.1109/IPFA.2011.5992793. ISBN . 978-1-4577-0159-7.ID S2C  18455519.
  8. ^ Wen Pin Lin; Hsiu Ju Chang (2010). "Casos de análisis de fallas físicas mediante detección de corriente absorbida por haz de electrones y corriente inducida por haz de electrones en un sistema SEM de nanosondeo". 2010 17.° Simposio internacional IEEE sobre análisis físico y de fallas de circuitos integrados . p. 1. doi :10.1109/IPFA.2010.5532245. ISBN 978-1-4244-5596-6. Número de identificación S2CID  14131647.
  9. ^ Moldovan, Grigore; Courbat, William. "Estrategias para identificar el origen físico del contraste en EBIRCH". dl.asminternational.org . doi :10.31399/asm.cp.istfa2022p0277 . Consultado el 23 de abril de 2023 .
  10. ^ Gong, Z.; Chen, BK; Liu, J.; Sun, Y. (2013). "Nanosondeo automatizado bajo microscopía electrónica de barrido". Conferencia internacional IEEE sobre robótica y automatización de 2013. pág. 1433. doi :10.1109/ICRA.2013.6630759. ISBN 978-1-4673-5643-5. Número de identificación del sujeto  17213432.

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